grudz_stycz_10_FINAL.indd

Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne Styczeń-Luty 2006

Nauka

Bezwykopowa budowa sieci podziemnych

Część I

Mikrotunelowanie

i przeciski hydrauliczne

dr inż. Agata Zwierzchowska*

Technologie bezwykopowej budowy

można podzielić dość ogólnie na pięć
grup:

mikrotunelowanie,
przeciski hydrauliczne,
przewierty sterowane i wiercenia
kierunkowe,
przeciski pneumatyczne przebija-
kiem tzw. kretem,
wbijanie rur stalowych.

Do połowy lat 90. ubiegłego wieku

stosowano w Polsce przede wszystkim
metody niesterowalne, m.in. przeciski
pneumatyczne przebijakiem, wbijanie
rur stalowych oraz przeciski hydrau-
liczne. Dopiero w drugiej połowie lat
90. XX w. zaczęto stosować metody ste-
rowalne. Pierwszy przewiert sterowany
wykonano w Polsce w 1991 r. [4], nato-
miast mikrotunelowanie w 1998 r.

MIKROTUNELOWANIE

Jedną z metod bezwykopowej budo-

wy sieci podziemnych jest mikrotune-
lowanie. Technologia ta, najnowocześ-
niejsza spośród metod bezwykopowej
budowy, narodziła się w Japonii. Tam
najwcześniej zaadaptowano tunelowa-
nie do budowy sieci kanalizacyjnych
w centrach miast gęsto zabudowanych,
z rozwiniętą już infrastrukturą pod-
ziemną. Początek tej metody datuje się
na połowę lat 70. ubiegłego wieku, kie-
dy to w 1975 r. japońska firma Komatsu
skonstruowała pierwszą głowicę do mi-
krotunelowania.

Technologia mikrotunelowania
Mikrotunelowanie jest to jednoetapo-

wy przecisk hydrauliczny, wysoce zau-
tomatyzowany i skomputeryzowany.
Metoda ta polega na drążeniu tunelu
przy pomocy tarczy skrawającej z jed-
noczesnym przeciskiem rur przewo-
dowych. Tarcza ta umieszczona jest na
czole urządzenia do mikrotunelowania,
zwanego również głowicą (rys. 1). Wbu-
dowywanie rurociągu w tej technologii
odbywa się od wykopu początkowego do

❑

docelowego. W wykopie początkowym,
zwanym również komorą startową lub
szybem startowym, umieszczona jest
główna stacja przeciskowa, składająca
się z siłowników hydraulicznych oraz
pierścienia wciskającego (rys. 2). Na
specjalnych prowadnicach zwanych
łożem, ułożonych również w wykopie
początkowym, umieszcza się urządze-
nie do mikrotunelowania. Urządzenie
to jest wciskane w grunt przy pomocy
głównej stacji przeciskowej. W tylnej
części wykopu początkowego wbudo-
wana jest żelbetowa płyta oporowa,
o którą rozpierają się siłowniki hydrau-
liczne. Jej zadaniem jest rozłożenie sił
reakcji od siłowników hydraulicznych
i przekazanie ich na grunt. Bezpośred-
nio za wciskaną w grunt głowicą do
mikrotunelowania przeciskane są rury
przewodowe, w postaci rur przecisko-
wych. Jako rury przeciskowe stosowa-
ne są najczęściej rury: kamionkowe,
z polimerobetonu, żelbetowe oraz z ży-
wic poliestrowych wzmacnianych włók-
nem szklanym. W

trakcie przecisku

dokładane są kolejne rury przewodowe.
Wewnątrz wbudowywanego rurociągu
prowadzonych jest wiele przewodów,
m.in. przewody płuczkowe zasilające,
przewody transportujące urobek, kab-
le zasilające, przewody transmisji da-
nych, przewody systemu smarowania,
przewody hydrauliczne oraz inne. Przy
każdorazowym dokładaniu kolejnego
odcinka rury, przewody te muszą być
rozłączone, przeciągnięte przez dokła-
daną rurę, a następnie połączone.

W czasie przecisku głowicy oraz ciągu

rur, tarcza skrawająca urabia grunt na
przodku. Odspojony grunt dostaje się
do komory kruszenia, w której przy po-
mocy kruszarki stożkowej jest rozdrab-
niany, a większe kamienie kruszone.
Urobek transportowany jest przy po-
mocy przenośników ślimakowych, pod-
ciśnienia (system pneumatyczny) lub
po zmieszaniu z wodą przewodami tzw.
systemem płuczkowym zamkniętym.

Rys. 1. Głowica do mikrotunelowania opuszczana

do komory startowej [7]

Rys. 2. Główna stacja siłowników hydraulicznych

z dwoma cylindrycznymi siłownikami hydrauliczny-
mi, płytą kotwiącą oraz pierścieniem wciskającym
opartym na prowadnicach [7]

Części składowe systemu do mikrotu-

nelowania

W skład systemu do mikrotunelowa-

nia wchodzą (rys. 3):

urządzenie do mikrotunelowania
składające się z trzech segmentów
oraz tarczy wiertniczej;
główna stacja siłowników hydrau-
licznych;
agregat hydrauliczny zabudowany
najczęściej w kontenerze, służący
do zasilania głównej stacji siłowni-
ków hydraulicznych oraz stacji po-
średnich;
pompy płuczkowe (pompa zasila-
jąca podająca czystą płuczkę, za-

❑

Bezwykopowa budowa sieci podziemnych polega na wprowadzeniu pod powierzchnię ziemi ciągu rur lub przewodów kablowych

bez wykonywania wykopów liniowych. Jedynymi wykopami, które występują w technologiach bezwykopowych są wykopy punkto-
we (wykop początkowy i wykop docelowy).

montowana na powierzchni tere-
nu, pompa tłocząca umieszczona
w urządzeniu do mikrotunelowania
oraz pompa tłocząca zamontowana
w wykopie początkowym);
system przygotowania i oczyszcza-
nia płuczki (najczęściej o budowie
kontenerowej) z sitami do separacji
grawitacyjnej urobku, sitami wibra-
cyjnymi oraz hydrocyklonami;
system smarowania, obejmują-
cy mieszalnik cieczy smarującej,
zbiornik, pompę, węże tłoczące,
rozdzielacze i dysze;
system sterowania i kontroli, w któ-
rego skład wchodzą: kontener ste-
rowniczy ze stanowiskiem opera-
tora (wiertacza), teodolit laserowy,
elektroniczny odbiornik wiązki
laserowej, siłowniki hydrauliczne
służące do sterowania tarczą ura-
biającą oraz komputer;
wyposażenie pomocnicze takie
jak: rurowe przewody płuczkowe
z szybkozłączkami, urządzenia do
pomiaru wydatku płuczki, agrega-
ty prądotwórcze, kable zasilające,
przesyłowe i inne.

Rys. 3. Elementy systemu mikrotunelowania:

A – urządzenie do mikrotunelowania, B – główna sta-
cja siłowników hydraulicznych, C – kontener sterow-
niczy, D – separatory płuczki, E – mieszalnik cieczy
smarującej, F – rury przeciskowe [5]

Urządzenia do mikrotunelowania
Głównym elementem systemu do mi-

krotunelowania jest urządzenie do mi-
krotunelowania, zwane również głowicą.
Składa się zazwyczaj z trzech segmen-
tów (modułów) (rys. 4). W pierwszym
module znajduje się tarcza urabiająca
grunt, komora kruszenia z kruszarką
stożkową, łożysko główne wraz z silni-
kiem napędzającym je. W pozostałych
modułach znajdują się m.in. siłowniki
hydrauliczne służące do sterowania gło-
wicą oraz elektroniczny odbiornik wiąz-
ki laserowej.

Tarcza urabiająca grunt napędza-

na jest silnikiem hydraulicznym lub
elektrycznym poprzez łożysko główne,
obracając się skrawa grunt. Odspojony
grunt przedostaje się do komory kru-
szenia, gdzie jest rozdrabniany. Głowice
mikrotunelowe przeznaczone do urabia-
nia gruntów skalistych i kamienistych
wyposażone są w kruszarkę stożkową,
znajdującą się w komorze kruszenia.
Kruszarka taka pozwala na rozdrabnia-
nie kamieni o wielkości nawet do 30%
średnicy urządzenia. W systemach,
w których urobek transportowany jest
przy pomocy płuczki, do komory kru-
szenia podawana jest poprzez specjalne

❑

dysze płuczka bentonitowa. Płuczka ta
miesza się z urobkiem i jest zasysana
z komory poprzez przewody transportu-
jące urobek. W tylnej części urządzenia
pomiędzy przewodem podającym płucz-
kę bentonitową do komory kruszenia,
a przewodem transportującym urobek
znajduje się obejście, tzw. bajpas. Po za-
kończeniu wiercenia obejście to otwiera
się, zamykając jednocześnie przepływ
płuczki do komory kruszenia. Przepływ
płuczki lub wody następuje wówczas
przez przewody płuczkowe, następnie
bajpas, bezpośrednio do przewodów
transportujących urobek, w celu wy-
czyszczenia przewodów z urobku.

W miejscu połączenia pierwszego mo-

dułu z drugim na obwodzie urządzenia
rozmieszczone są siłowniki hydraulicz-
ne. Poprzez ich wysunięcie (skrócenie
lub wydłużenie) możliwe jest sterowanie
urządzeniem, bowiem pierwszy moduł
głowicy zamontowany jest przegubowo
względem pozostałych.

Rys. 4. Przekrój przez urządzenie do mikrotunelowania z płuczkowym systemem usuwania urobku [5]

1. tarcza wiertnicza,

2. zęby skrawające,

3. komora kruszenia,

dysze podające płuczkę bentoni-

tową,

5. łożysko główne,

silnik,

7. uszczelnienie modułu,

siłownik hydrauliczny sterujący

tarczą,

9. przewód płuczkowy powrotny,

10. przewód płuczkowy zasilający,
11.

elektroniczny odbiornik wiązki

laserowej,

  12. wiązka laserowa,
  13. obejście (bajpas),
  14. zespół zaworów.

W urządzeniach do mikrotunelowania

z transportem urobku przenośnikami
ślimakowymi urobek rozdrabniany jest
w komorze kruszenia wiertłem ślimako-
wym i dalej przekazywany na przenoś-
nik ślimakowy.

W urządzeniach do mikrotunelowania

o średnicy od 1200 mm możliwy jest do-
stęp do tarczy urządzenia poprzez właz
i śluzę powietrzną, w celu ewentualnej
wymiany elementów skrawających.

Niektóre głowice, o większych średni-

cach, wyposażone są w systemy równo-
ważenia parcia gruntu oraz wody grun-
towej, w celu zapobieżenia tworzenia
się kawern w gruncie oraz osuwania się
gruntu w strefie przodka, a w dalszej
konsekwencji naruszenia struktury po-
wierzchni terenu. Systemy równoważe-
nia parcia gruntu działają na zasadzie

podawania do strefy urabiania gruntu
płuczki bentonitowej pod odpowiednio
dobranym ciśnieniem lub sprężonego
powietrza (systemy EPB –Earth Pressu-
re Balance).

Każde z produkowanych urządzeń do

mikrotunelowania może być użyte do
wbudowania rurociągu o jednej średni-
cy, ewentualnie poprzez zastosowanie
nakładki poszerzającej możliwe jest
wbudowanie rurociągu o średnicy nieco
większej.

Tarcze urabiające
W zależności od warunków grunto-

wych stosowane są różne rodzaje tarcz
urabiających: tarcze z rolkami tnącymi
do skał i gruntów skalistych (rys. 5 a),
tarcze do gruntów spoistych zaopatrzone
dodatkowo w zęby skrawające (rys. 5 b)
oraz tarcze o dużych powierzchniach
wlotowych do komory kruszenia dla
gruntów sypkich (rys. 5 c).

Styczeń-Luty 2006 Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne

Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne Styczeń-Luty 2006

Rys. 5. Różne rodzaje tarcz urabiających w zależ-

ności od rodzaju grunt [5] a) tarcza do skał, b) tarcza
do gruntów skalistych i spoistych, c) tarcza do grun-
tów sypkich

Proces urabiania gruntu podczas

ruchu tarczy urabiającej odbywa się
dzięki elementom tnącym: rolkom
bądź zębom skrawającym stałym lub
wymiennym. Profile te wykonuje się
z bardzo twardych i odpornych na wy-
soką temperaturę materiałów. Oprócz
stali oraz stopów metali często stoso-
wane są węgliki spiekane – ceramicz-
no-metalowe materiały narzędziowe
wytwarzane przez prasowanie i spie-
kanie twardych, trudnotopliwych wę-
glików metali. Do wiercenia w skałach
stosowane mogą być rolki diamen-
towe. Zarówno rolki, jak i zęby skra-
wające występują w dużym zakresie
kształtów i rozmiarów, w wersji poje-
dynczej, w zestawach, w wielu typach
profili tnących, w obudowach bocz-
nych i przednich.

Główne stacje przeciskowe
Główna stacja przeciskowa (rys. 6)

składa się z: siłowników hydraulicz-
nych, pierścienia wciskającego, pły-
ty oporowej (płyty kotwiącej) oraz
prowadnic zwanych również łożem.
Siłowniki hydrauliczne, za pomocą
pierścienia, wciskają w grunt głowicę
mikrotunelową, a bezpośrednio za nią
ciąg rur. Liczba siłowników ich wiel-
kość dobrana jest tak, aby zapewnić
odpowiednie siły przecisku. Zarówno
głowica, jak i rury wciskane są wzdłuż
ułożonych w wykopie początkowym
prowadnic. Główna stacja przeciskowa
jest kotwiona do płyty lub bloku opo-
rowego za pomocą stalowej płyty ko-
twiącej. W mniejszych stacjach prze-
ciskowych, przystosowanych do pracy
w wykopie o przekroju kołowym, obu-
dowanym kręgami betonowymi, stoso-
wane są płyty rozporowe przenoszące
siły reakcji od siłowników na obudowę
wykopu. Siłowniki hydrauliczne mogą
być różnie umieszczone w stosunku
do przeciskanych rur, bezpośrednio za
wciskanymi rurami lub po bokach.

Rys. 6. Główna stacja przeciskowa [7]

Systemy usuwania urobku
W technologii mikrotunelowania sto-

sowane są następujące systemy usu-
wania urobku: system przenośników
ślimakowych, system płuczkowy oraz
próżniowy.

System przenośników ślimakowych

stosuje się w urządzeniach do mikro-
tunelowania o maksymalnej średnicy
do 1000 mm. Przenośniki ślimakowe
umieszczone są w stalowych rurach
osłonowych i prowadzone wzdłuż urzą-
dzenia do mikrotunelowania i dalej
wzdłuż wbudowanego rurociągu. Uro-
bek transportowany jest przenośnika-
mi ślimakowymi do wykopu począt-
kowego, gdzie jest odbierany przez
specjalny zasobnik, umieszczony po-
między ramą przeciskową. Napełnio-
ny zasobnik musi być podniesiony na
powierzchnię terenu i opróżniony, co
powoduje przerwę w procesie wbudo-
wywania rurociągu.

W systemie płuczkowym do usuwa-

nia urobku stosuje się płuczkę wiert-
niczą, zazwyczaj jest to płuczka ben-
tonitowa, ale sporadycznie w pewnych
rodzajach gruntów stosowana może
być również woda. Urobek, zmieszany
z płuczką w komorze kruszenia, jest za-
sysany i transportowany przewodami
na powierzchnię terenu. Następnie od-
dzielany jest od płuczki w specjalnych
urządzeniach za pomocą sedymentacji
grawitacyjnej, sit oraz hydrocyklonów
wykorzystujących siłę odśrodkową.

W systemie próżniowym urobek jest

zasysany z komory kruszenia i trans-
portowany przewodami na powierzch-
nię terenu przy pomocy pomp próż-
niowych. W tym przypadku nie jest
konieczne stosowanie systemów sepa-
racji płuczki. W niektórych urządze-
niach z próżniowym systemem trans-
portu urobku dodaje się niewielkie
ilości płuczki dla zmniejszenia oporów
transportu urobku.

Systemy sterowania i kontroli
W mikrotunelowaniu stosuje się naj-

częściej laserowy system sterowania

i kontroli, aczkolwiek od niedawna
wykorzystuje się również system ży-
rokompasowy [9]. Zasadniczym ele-
mentem sterowania w obu systemach
jest zespół siłowników hydraulicznych
(co najmniej trzy siłowniki), umiesz-
czonych obwodowo w głowicy mikro-
tunelowej, bezpośrednio za pierw-
szym modułem. Poprzez działanie na
odpowiednie siłowniki hydrauliczne
(skracanie i wydłużanie siłowników)
możliwa jest zmiana kierunku wbudo-
wywanego rurociągu.

Do elementów systemu kontroli w la-

serowym systemie sterowania należą
[9]: teodolit laserowy, elektroniczny od-
biornik wiązki laserowej z tarczą celow-
niczą. umieszczony w drugim segmen-
cie urządzenia do mikrotunelowania.
Przy czym teodolit laserowy umiesz-
czony jest w wykopie początkowym,
natomiast odbiornik wiązki laserowej
w drugim module głowicy. Promień la-
sera, wyznaczający oś wbudowywanego
rurociągu oraz jego spadek, przechodzi
przez całą długość wbudowywanego
rurociągu i pada na tarczę celowniczą.
Współrzędne plamki lasera są odczy-
tywane i przekazywane przewodem
transmisji danych do stanowiska ope-
ratora w kontenerze sterowniczym,
gdzie są przetwarzane i porównywane
z projektowanymi przy pomocy spe-
cjalnego programu komputerowego.

W systemie żyrokompasowym pod-

stawowymi elementami systemu kon-
troli wbudowania rurociągu są: żyro-
kompas oraz poziomnica wodna [9].
Przy czym, przy pomocy żyrokompasu
dokonuje się kontroli odchylenia osi
wbudowywanego rurociągu w planie
od projektowanego, natomiast przy po-
mocy poziomnicy wodnej odchylenia
rzędnych w profilu.

Płuczka wiertnicza
Płuczka wiertnicza w postaci płuczki

bentonitowej lub bentonitowo-polime-
rowej pełni w technologii mikrotune-
lowania wiele funkcji. Służy m.in. do
transportu urobku w systemach płucz-
kowych, może wspomagać urabianie
gruntu, oczyszczać tarczę urabiającą
grunt, stabilizować grunt w strefie
urabiania, służy do smarowania ze-
wnętrznych powierzchni rur przecisko-
wych, zmniejszając w ten sposób tarcie
powierzchniowe pomiędzy gruntem
a przeciskanym rurociągiem. Płuczka
służąca do smarowania zewnętrznych
powierzchni rurociągu pompowana
jest przewodem, prowadzonym we-
wnątrz wbudowywanego rurociągu.
Z przewodów zasilających podawana
jest następnie do rozdzielaczy, a po-
tem do dysz umieszczonych w rurach
przeciskowych. Rury z wbudowanymi
dyszami do podawania płuczki potocz-
nie nazywa się rurami bentonitowymi
i umieszcza się we wbudowywanym
rurociągu pomiędzy zwykłymi rurami
przeciskowymi. Rozmieszczenie rur
bentonitowych oraz liczba dysz uzależ-
nione są między innymi od warunków
gruntowych, długości jednorazowo
wbudowywanego odcinka rurociągu,
średnicy rurociągu, maksymalnej siły
przecisku, nośności użytych rur oraz

innych. Zazwyczaj stosuje się trzy dy-
sze rozmieszczone na obwodzie rury
w rozstawie 120° (rys. 7).

Rys. 7. Wnętrze wbudowywanego rurociągu z dy-

szami rozmieszczonymi na obwodzie rury [1]

Pośrednie stacje przeciskowe
Pośrednia stacja przeciskowa to zespół

siłowników hydraulicznych, umieszczo-
nych zazwyczaj w obudowie stalowej
o średnicy wewnętrznej nieco większej
od średnicy zewnętrznej wbudowywa-
nego rurociągu. Siłowniki te rozpierają
się o stalowy pierścień umieszczony we-
wnątrz stacji (rys. 8). Stosując pośrednie
stacje przeciskowe cała długość wbu-
dowywanego jednorazowo rurociągu
podzielona jest na sekcje, przedzielone
tymi stacjami, dokładanymi w miarę
wbudowywania rurociągu. Poszczególne
sekcje są przeciskane jedna po drugiej
za pomocą odpowiednich stacji pośred-
nich. Ostatnia sekcja przeciskana jest
przy pomocy głównej stacji przecisko-
wej. Pośrednie stacje przeciskowe sto-
suje się właściwie tylko dla rurociągów
przełazowych, ze względu na możliwość
późniejszego demontażu siłowników
oraz pierścieni oporowych i dosunięcia
rur przewodowych w miejscu stacji po-
średnich przy pomocy kolejnych stacji
jeszcze nie rozmontowanych.

Rys. 8. Widok pośredniej stacji przeciskowej od

wewnątrz rurociągu [3]

PRZECISKI HYDRAULICZNE

Przeciski hydrauliczne zaczęto sto-

sować do budowy sieci podziemnych
na szerszą skalę, stosując specjalne do
tego celu ramy wciskające, od 1948 r.
w

Japonii. To właśnie z technologii

przecisków hydraulicznych oraz tunelo-
wania wywodzi się najnowocześniejsza
metoda bezwykopowej budowy rurocią-
gów – mikrotunelowanie.

Przeciski hydrauliczne można po-

dzielić ogólnie na dwie grupy: przeciski
hydrauliczne niesterowane oraz przeci-
ski hydrauliczne sterowane. Pierwsza

grupa metod stosowana jest w Polsce
od wielu lat, natomiast druga obejmu-
jąca przeciski hydrauliczne sterowane
stosowana jest od drugiej połowy lat 90.
ubiegłego wieku. W grupie przecisków
sterowanych wyróżnia się przeciski
hydrauliczne z wierceniem pilotowym
oraz przeciski hydrauliczne sterowane
- dwuetapowe. Obie te metody zapew-
niają wysoką dokładność wbudowania
sieci podziemnych, dlatego też stosowa-
ne są bardzo często do budowy grawita-
cyjnych sieci kanalizacyjnych, którym
stawia się najwyższe wymagania odnoś-
nie dokładności wbudowania z uwagi
na zapewnienie odpowiedniego spadku
przewodu.

Przeciski hydrauliczne niesterowane
Metoda ta stosowana jest do wbudo-

wywania rurociągów pod przeszkoda-
mi terenowymi na odcinkach do 60 m
i o średnicach od 100 do 1500 mm. Pole-
ga ona na wciskaniu w grunt stalowych
rur osłonowych przy pomocy siłowni-
ków hydraulicznych, zamocowanych
w ramie przeciskowej. Dla rur o nie-
wielkich średnicach, a mianowicie do
200 mm (średnica zewnętrzna), w grunt
wciska się rury zaślepione od czoła gło-
wicą stożkową. Grunt jest wówczas za-
gęszczany wokół wprowadzanych rur
i nie występuje usuwanie urobku. Dla
rur o średnicy zewnętrznej powyżej 200
mm konieczne jest usuwanie urobku,
może ono się odbywać bezpośrednio
podczas przecisku, przy pomocy prze-
nośnika ślimakowego, z jednoczesnym
urabianiem gruntu na przodku wier-
tłem ślimakowym (rys. 9 a) lub też po
wbudowaniu rur stalowych na całej dłu-
gości odcinka poprzez wprowadzenie do
środka rur wiertnicy ślimakowej. Grunt
transportowany jest do wykopu począt-
kowego, gdzie odbierany jest do spe-
cjalnych pojemników. Rdzeń gruntowy
wewnątrz wbudowanych rur może być
również usunięty przy pomocy sprężo-
nego powierza i specjalnego korka lub
wody pod ciśnieniem. W najprostszych
metodach tej grupy rury stalowe pozo-
stają w gruncie jako tzw. rury osłonowe
tracone. Do ich wnętrza wprowadza się
rury przewodowe w postaci zwykłych
rur, takich jak używa się w metodach
tradycyjnych, wykopowych.

W bardziej zaawansowanych meto-

dach tej grupy, po zakończeniu prze-
cisku hydraulicznego stalowych rur
osłonowych następuje II etap robót,
czyli przecisk hydrauliczny rur przewo-
dowych z jednoczesnym wypychaniem
rur stalowych do wykopu docelowego
(rys. 9 b). Metodę tę można stosować
w gruntach nawodnionych. Przy ura-
bianiu gruntu w trakcie wykonywania
przecisku nie stosuje się żadnej płucz-
ki, co pozwala uniknąć kłopotów z jej
utylizacją. Urabianie gruntu wiertłem
ślimakowym oraz przecisk hydraulicz-
ny rur zapobiega możliwości narusze-
nia struktury gruntu na powierzchni te-
renu podczas budowy rurociągu. Dzięki
temu możliwe jest wykonanie rurociągu
płytko pod powierzchnią terenu. Jest to
prosta i tania metoda bezwykopowego
układania rur. Ponieważ jest to metoda
niesterowalna, to dokładność wbudo-

wania rurociągu w pionie i w poziomie,
zależy od długości wbudowywanego
odcinka i wynosi od 1% do 2% długości
wbudowanego rurociągu.

Rys. 9. Wbudowywanie rurociągu metodą przeci-

sku hydraulicznego, niesterowanego z transportem
urobku przenośnikiem ślimakowym; a) etap I - wier-
cenie niesterowane z jednoczesnym przeciskiem
hydraulicznym stalowych rur osłonowych, b) etap II
- przecisk hydrauliczny rur przewodowych [2]

Przeciski hydrauliczne z wierceniem

pilotowym

W technologii tej można wyróżnić trzy

etapy (rys. 10):

wiercenie pilotowe,
przecisk hydrauliczny stalowych
rur osłonowych,
przecisk hydrauliczny rur przewo-
dowych.

W czasie pierwszego etapu (rys.10 a),

w zaplanowanej osi rurociągu, odbywa
się przecisk hydrauliczny żerdzi pilo-
towych. Żerdzie pilotowe wciskane są
w grunt za pomocą siłowników hydrau-
licznych umieszczonych w ramie przeci-
skowej, która wraz z instalacją hydrau-
liczną i siłownikami tworzy wiertnicę
(rys. 11). Na początku pierwszej żerdzi
pilotowej znajduje się głowica piloto-
wa, skośnie ścięta. W etapie tym grunt
jest zagęszczany wokół żerdzi i nie ma
potrzeby usuwania urobku. Kierunek
przecisku podlega stałej kontroli i może
być korygowany w trakcie pierwszego
etapu robót. Sterowanie przeciskiem,
zmiana kierunku wbudowywania żerdzi
odbywa się przy pomocy ekscentrycznie
ukształtowanej głowicy pilotowej. Jeżeli
żerdzie wiertnicze są wciskane w grunt
i jednocześnie obracane, to uzyskiwana
jest prostoliniowa trajektoria otworu
pilotowego. Jeśli natomiast żerdzie są
tylko wciskane w grunt bez obrotu, to
trajektoria odchyla się w stronę ścięcia
głowicy pilotowej. Do kontroli prawid-
łowości wykonania otworu pilotowego
stosuje się w tej metodzie system te-
loptyczny. Do elementów tego systemu
należą [9]: diodowa tablica celownicza,
umieszczona bezpośrednio za głowicą
pilotową; teodolit z wbudowaną kamerą
cyfrową oraz monitor. Kamera rejestru-
je obraz diodowej tablicy celowniczej
poprzez żerdzie wiertnicze i przekazuje
go na monitor. Zarówno teodolit z wbu-
dowaną kamerą cyfrowa, jak i monitor
znajdują się w wykopie początkowym.
Tak uzyskany obraz diodowej tabli-

❑

Styczeń-Luty 2006 Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne

Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne Styczeń-Luty 2006

cy celowniczej analizowany jest przez
operatora, który w każdej chwili może
wprowadzić zmianę kierunku wbudo-
wywania przewodu wiertniczego. Ze
względu na fakt, iż kamera cyfrowa
rejestruje obraz diodowej tablicy ce-
lowniczej poprzez wydrążone żerdzie
wiertnicze, w tej technologii możliwe
jest wykonanie prawidłowego otworu
pilotowego tylko prostoliniowego.

Rys. 10. Wbudowywanie rurociągu metodą prze-

cisku hydraulicznego z wierceniem pilotowym;
a) etap I - wiercenie pilotowe, b) etap II - rozwiercanie
z jednoczesnym przeciskiem stalowych rur osłonowych,
c) etap III - przecisk hydrauliczny rur przewodo-
wych [2]

Rys. 11 Wiertnica do przecisków hydraulicznych

z wierceniem pilotowym [7]

W czasie wykonywania wiercenia pi-

lotowego w gruntach miękkich, poniżej
poziomu wody gruntowej, szczególnie
w gruntach kurzawkowych, torfach bar-
dzo często dochodzi do znacznego prze-
mieszczenia gruntu wokół obracającego
się przewodu wiertniczego, zarówno
wokół głowicy pilotowej, jak i żerdzi.
Przemieszczenie takie może spowodo-
wać obniżenie przewodu wiertniczego
lub zakrzywienie jego trasy, a w konse-
kwencji znaczną rozbieżność pomiędzy
rzędnymi uzyskanego przecisku a pro-
jektowanego. W takiej sytuacji może
również zaistnieć brak możliwości ste-
rowania przeciskiem w czasie wiercenia
pilotowego. W celu zapobieżenia znacz-

nym przemieszczeniom gruntu i ich na-
stępstwom opracowano tzw. podwójny
przewód wiertniczy [2]. W rozwiązaniu
tym standardowe żerdzie wiertnicze
o średnicy zewnętrznej 81,5 mm umiesz-
czone są w przewodzie ze stalowych rur
osłonowych o średnicy zewnętrznej 114
mm. Wewnętrzny przewód wiertniczy
jest używany do obracania głowicy pilo-
towej, natomiast zewnętrzny nie obraca
się, służy do przenoszenia siły osiowej
wciskającej przewód w grunt. Głowica
pilotowa to jedyny w tym rozwiązaniu
obracający się element mający kontakt
z gruntem.

Po osiągnięciu przez głowicę piloto-

wą wykopu docelowego rozpoczyna się
drugi etap prac, tj. rozwiercanie otworu
z jednoczesnym przeciskiem stalowych
rur osłonowych (rys. 12). Do ostatniej
żerdzi pilotowej mocuje się rozwiertak,
zwany również poszerzaczem lub głowi-
cę wielonożową, a za nim przeciskane są
stalowe rury osłonowe z wbudowanymi
elementami systemu przenośników śli-
makowych. Przy czym poszerzacz sto-
suje się w gruntach niespoistych, a gło-
wicę wielonożową w gruntach spoistych.
Wraz z przeciskiem rur osłonowych do
wykopu docelowego wypychane są żer-
dzie wiertnicze. Urobek usuwany jest
poprzez system przenośników ślimako-
wych do wykopu początkowego, a tam
odbierany do zasobnika. Transport
urobku może również odbywać się sy-
stemem płuczkowym, przy czym trans-
port ten stosowany jest bardzo rzadko.

Rys. 12 Stalowe rury osłonowe firmy Perforator

z założonymi elementami przenośnika ślimakowego
(zdjęcie własne)

W czasie wykonywania przecisku

hydraulicznego poniżej poziomu wody
gruntowej bardzo istotne jest, aby pod-
czas II etapu robót, tj. rozwiercania,
nie następowało obniżenie poziomu
wody gruntowej. W tym celu opraco-
wany został system specjalnych grodzi
(przegród) umieszczonych w stalowych
rurach osłonowych i elementach prze-
nośnika ślimakowego, zarówno w po-
czątkowej, jak i końcowej ich części
[2]. Rura i przenośnik są tak skonstru-
owane, że element systemu transportu
urobku, który tworzą razem, jest za-
wsze zamknięty – jak nie na początku,
to na końcu. Jeśli jest zamknięty z jed-
nej strony, to otwarty jest z drugiej. Po
obróceniu przenośnika ślimakowego
o pewien kąt, otwarty koniec elemen-
tu zamyka się, a zamknięty otwiera,
tak aby można było przetransportować
urobek do następnego elementu ukła-
du. Tak skonstruowane rury osłonowe

i przenośniki ślimakowe zapobiegają
napływowi wody gruntowej do przeno-
sników ślimakowych i jednoczesnemu
obniżaniu zwierciadła wody gruntowej
w czasie urabiania gruntu i jego trans-
portu.

Po rozwierceniu otworu do żądanej

średnicy i umieszczeniu w nim stalo-
wych rur osłonowych następuje ostatni
etap prac, czyli przecisk hydrauliczny
rur przewodowych (rys.10 c). Jednocześ-
nie stalowe rury osłonowe wypchane są
do wykopu docelowego i tam odbiera-
ne. Jako rury przewodowe stosuje się
wszystkie rury tzw. przeciskowe, naj-
częściej są to rury kamionkowe, z beto-
nu polimerowego, żelbetowe lub żywic
poliestrowych wzmacnianych włóknem
szklanym.

Metodą tą możliwe jest również wbu-

dowywanie rur polietylenowych oraz
rur z polichlorku winylu. Wbudowywa-
nie rur z PE odbywa się po osiągnięciu
przez głowicę pilotową wykopu docelo-
wego. Głowicę pilotową wymienia się
wówczas na głowicę wciągającą i na-
stępuje wciąganie rur polietylenowych.
Operacja ta odbywa się z wykopu doce-
lowego w kierunku do wykopu począt-
kowego z jednoczesnym cofaniem żer-
dzi wiertniczych. Dla większych średnic
wciąganie rur polietylenowych odbywa
się po zakończeniu II etapu. Wciąganie
rur z PVC możliwe jest po wykonaniu
drugiego etapu robót i odbywa się ono
również z wykopu docelowego w kie-
runku wykopu początkowego, poprzez
specjalną głowicę łączącą. Jednocześnie
rury osłonowe zostają wyciągane do wy-
kopu początkowego (retrakcja rur osło-
nowych).

Długości wykonywanych jednorazo-

wo rurociągów tą metodą dochodzą do
80 m dla urządzeń z transportem urobku
przenośnikiem ślimakowym i do 50 m
dla systemów płuczkowych. Zakres wy-
konywanych średnic wynosi od 150 do
600 mm zarówno dla systemów płuczko-
wych, jak i dla urządzeń z transportem
przenośnikiem ślimakowym.

Metoda ta charakteryzuje się wyso-

kim tempem robót, niskimi kosztami re-
alizacji, prostą obsługą urządzeń, możli-
wością wykonania stosunkowo długich
odcinków rurociągu oraz możliwością
budowy rurociągu poniżej zwierciadła
wody gruntowej. Najczęściej stosowana
jest do budowy kanałów grawitacyjnych
ze względu na fakt, iż jest to metoda ste-
rowalna zapewniająca wysoką dokład-
ność wbudowania rurociągu.

Przeciski hydrauliczne sterowane

– dwuetapowe

W metodzie tej można wyróżnić dwa

etapy (rys. 13). Pierwszy etap to wier-
cenie pilotowe wiertłem ślimakowym
z

jednoczesnym przeciskiem hydrau-

licznym stalowych rur osłonowych.
Urabianie gruntu odbywa się wiertłem
ślimakowym, a transport urobku sy-
stemem przenośników ślimakowych.
Urobek odbierany jest w wykopie po-
czątkowym do zasobników, a następnie
dźwigiem przenoszony na powierzchnię
terenu (na odkład lub na środki trans-
portowe).

Sterowanie procesem przecisku odby-

wać się może tylko w czasie pierwszego
etapu pracy. Korektę kierunku wierce-
nia uzyskuje się przy pomocy specjalnie
ukształtowanego wiertła ślimakowego,
na kształt skośnej głowicy pilotowej
(rys. 14). Bezpośrednio za wiertłem śli-
makowym znajduje się diodowa tabli-
ca celownicza. System przenośników
ślimakowych posiada specjalnie wy-
drążoną tuleję, poprzez którą przy po-
mocy kamery cyfrowej umieszczonej
w teodolicie, można obserwować dio-
dową tablicę celowniczą. Podobnie jak
w technologii przecisku hydraulicznego
z wierceniem pilotowym, obraz diodo-
wej tablicy celowniczej przekazywany
jest na monitor i obserwowany przez
operatora. Tak przekazywany obraz jest
porównywany i weryfikowany z zada-
nym kierunkiem oraz spadkiem projek-
towanego rurociągu.

Po ukończeniu wiercenia pilotowego

rozpoczyna się drugi etap – przecisk
rur przewodowych lub ewentualne do-
datkowe rozwiercanie z jednoczesnym
przeciskiem rur przewodowych. W tym
drugim przypadku po osiągnięciu wy-
kopu docelowego przez głowicę piloto-
wą, w wykopie początkowym na końcu
rur osłonowych montuje się głowicę po-
szerzającą, a bezpośrednio za nią rury
przewodowe. Jednocześnie zmienia się
kierunek obrotu przenośników ślima-
kowych, tak aby od tej chwili urobek był
transportowany do wykopu docelowego
(rys. 13 b).

Długości wbudowywanych jednora-

zowo rurociągów tą metodą wynoszą do
60 m, a średnice od 300 do 800 mm.

Rys. 13. Wbudowywanie rurociągu metodą przeci-

sku hydraulicznego sterowanego z transportem urob-
ku przenośnikiem ślimakowym; a) etap I - wiercenie
pilotowe wiertłem ślimakowym z jednoczesnym prze-
ciskiem hydraulicznym stalowych rur osłonowych,
b) etap II - rozwiercanie z jednoczesnym przeciskiem
rur przewodowych, c) etap II - przecisk rur przewodo-
wych bez dodatkowego rozwiercania [2]

Rys. 14. Wiertło ślimakowe specjalnie ukształto-

wane, zakończone skośną płytką sterującą [2]

PODSUMOWANIE

Przeciski hydrauliczne stosowane są

w Polsce do budowy sieci podziemnych
dość powszechnie dzięki ich licznym
zaletom. Przede wszystkim jest to dość
prosta w obsłudze urządzeń i stosunko-
wo tania metoda bezwykopowej budowy
sieci podziemnych. Urabianie gruntu
wiertłem ślimakowym lub głowicą wie-
lonożową oraz transport urobku sy-
stemem przenośników ślimakowych,
bez stosowania płuczki wiertniczej,
pozwala na wbudowywanie przewodów
podziemnych płytko pod powierzchnią
terenu (min. 1 m), zapobiegając jedno-
cześnie naruszeniu powierzchni terenu,
m.in. nawierzchni dróg, ulic, chodni-
ków. Metody te można stosować w grun-
tach poniżej poziomu wody gruntowej,
a przy zastosowaniu specjalnych roz-
wiązań konstrukcyjnych żerdzi wiertni-
czych oraz przenośników ślimakowych
w

gruntach kurzawkowych. Przeciski

sterowane zapewniają wysoką dokład-
ność wbudowania przewodów podziem-
nych, dzięki temu można je stosować
do budowy przewodów kanalizacyjnych
grawitacyjnych.

Mikrotunelowanie stosuje się zazwy-

czaj do budowy kolektorów kanalizacji
grawitacyjnej. Jako metoda sterowalna,
zautomatyzowana i skomputeryzowana,
zapewnia wysoką dokładność wbudowa-
nia. Poprzez zastosowanie pośrednich
stacji przeciskowych, teoretycznie dłu-
gości jednorazowo wbudowywanych od-
cinków rurociągu tą metodą są nieogra-
niczone. Jednakże biorąc pod uwagę
maksymalną moc pomp płuczkowych
oraz dokładność systemów laserowych
przyjmuje się, że długości te osiągają
maksymalnie 500 m. Zakres średnic
wbudowywanych rurociągów metodą
mikrotunelowania to od 250 mm do 4200
mm [10]. Ze względu na fakt, iż koszt
zakupu lub dzierżawy całego systemu
do mikrotunelowania (a co za tym idzie
koszt wbudowania 1 mb rurociągu) jest
wysoki, metodę tę stosuje się do budo-
wy rurociągów o znacznych średnicach
lub też ułożonych na znacznych głębo-
kościach.

Literatura:

1. Amitech – katalog zdjęć.
2. Bohrtec – materiały informacyj-

ne.

Czarny-Kropiwnicki R., Tam-
borski S., Mistrzostwo świata,
„Technologie Bezwykopowe”,
2/3/2000, s. 42-44.

4. Gładki P., Pionierzy technologii

bezwykopowych, „Technologie
Bezwykopowe” 2/1998, s. 20-22.

5. Herrenknecht – materiały infor-

macyjne.

6. Kuliczkowski A., Zwierzchowska

A., Propozycja podziału metod
bezwykopowej budowy rurocią-
gów podziemnych, Technologie
Bezwykopowe 1/2/2000.

7. Perforator – materiały informa-

cyjne.

8. Zwierzchowska A., Optymaliza-

cja doboru metod bezwykopowej
budowy rurociągów podziem-
nych, Monografia, Wydawnictwo
Politechniki Świętokrzyskiej nr
38, Kielce 2003.

9. Zwierzchowska A., Systemy ste-

rowania i kontroli wykorzysty-
wane w metodach bezwykopowej
budowy sieci podziemnych, „In-
żynieria Bezwykopowa” 1/2004,
s. 31-37.

10. Zwierzchowska A., Parametry

techniczne metod bezwykopo-
wej budowy sieci podziemnych
w kontekście wyboru optymalnej
technologii, Zeszyty Naukowe
Politechniki Świętokrzyskiej nr
44, seria Budownictwo, Kielce
2005, s. 391-402.

11. Zwierzchowska A., Bezwyko-

powe technologie budowy sieci
podziemnych – mikrotunelowa-
nie, „Przegląd Budowlany” nr
9/2005.

12. Zwierzchowska A., Bezwyko-

powe technologie budowy sieci
podziemnych – przeciski hydrau-
liczne, „Przegląd Budowlany” nr
11/2005.

13. Zwierzchowska A., Technolo-

gie bezwykopowej budowy sie-
ci gazowych, wodociągowych
i kanalizacyjnych, Politechni-
ka Świętokrzyska, Kielce 2006
– w druku.

*Katedra Wodociągów i Kanalizacji

Politechniki Świętokrzyskiej,

Al. 1000-lecia Państwa Polskiego 7

25-314 Kielce

tel.: 041 34 24 473

e-mail: agataz@tu.kielce.pl

Styczeń-Luty 2006 Nowoczesne

Budownictwo

Inżynieryjne